Проектирование одноэтажного каркасного здания из лёгких конструкций ст. Северская

Федеральное агентство по образованию

Кафедра строительных конструкций и гидротехнических сооружений

Курсовая работа

по дисциплине «Сейсмостойкость зданий и сооружений »

на тему: «Проектирование одноэтажного каркасного здания из лёгких конструкций ст. Северская»

2008

Реферат

Данная курсовая работа дает представление об основах проектирования сейсмостойких сил лёгких стальных конструкций. В ходе выполнения курсовой работы, студент самостоятельно приобретает навыки определения сейсмических нагрузок на здания и сооружения с последующей оценкой сейсмостойкости, подбирать материал, компоновать сечения в целях его экономичности и рациональности.

Представленная пояснительная записка к курсовой работе на тему: «Проектирование одноэтажного каркасного здания из лёгких конструкций в ст.Северской» имеет в объеме 13 листов.

В ней представлены расчеты сейсмостойкости конструктивного решения несущих конструкций проектируемого здания - стального каркаса.

Пояснительная записка иллюстрирована необходимыми пояснениями и рисунками, а также схемами ко всем расчетам. В ней также отражены антисейсмические мероприятия.

Ил. 8. Табл.8. Библиогр. 12.

К пояснительной записке прилагается графическая часть - 1 лист формата А1.

Содержание

Введение

1. Компоновка конструктивного решения здания

2. Определение сейсмичности строительной площадки и сбор нагрузок

2.1 Сбор нагрузок

2.2 Расчет каркаса в поперечном направлении

3. Расчет каркаса в продольном направлении

4. Определение сейсмических нагрузок с учетом кручения здания в плане

5. Антисейсмические мероприятия

Литература

Введение

В связи с увеличением частоты природных катаклизмов, а именно землетрясений возникла проблема сейсмоустойчивости зданий и сооружений, построенных без учета сейсмических воздействий, что в случае данных природных катастроф наносит материальный ущерб. Принимая во внимание всё это в районах подверженных сейсмическим воздействиям силой 7 и более баллов, возникла необходимость возведения зданий и сооружений, способных выдерживать сейсмические воздействия.

При разработке проектов зданий и сооружений выбор конструктивных решений производят исходя из технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения материалоемкости, трудоемкости и стоимости строительства, достигаемых за счет внедрения эффективных строительных материалов и конструкций, снижения массы конструкций и т.п. Принятые конструктивные схемы должны обеспечивать необходимую прочность, устойчивость; элементы сборных конструкций должны отвечать условиям механизированного изготовления на специальных предприятиях.

При проектировании гражданских зданий необходимо стремиться к наиболее простой форме в плане и избегать перепадов высот. При проектировании часто выбирают объемно-планировочные и конструктивные решения, так как они обеспечивают максимальную унификацию и сокращение числа типоразмеров и марок конструкций.

1. Компоновка конструктивного решения здания

Здание имеет полный металлокаркас;

Здание проектируется каркасное.

Размеры здания в плане 24х60м;

Сетка колонн 24х6м;

Фундаменты - отдельные железобетонные

Покрытие - стальной проф лист, утеплитель, трехслойные панели покрытия;

Несущие конструкции покрытия стальные фермы пролетом 24 м;

Стальные прогоны при шаге ферм 6м-швелер №16

Ограждающие трехслойные панели покрытия опираются на стальные прогоны с шагом 3м;

Сечение стальных колонн двутавр №50

По периметру здания цокольная стеновая панель из керамзитобетона толщиной 300мм и высотой 1,2м,опирающаяся на фундаментную балку;

между поверхностями стен и конструкциями каркаса должен предусматриваться зазор не менее 20 мм;

В межферменном пространстве покрытия размещают различные трубопроводы, осветительную арматуру и др. По продольным стенам предусмотрено ленточное остекление от отметки +1,2 до +3,6 метра. Торцевые стены без остекления.

2. Определение сейсмичности строительной площадки и сбор нагрузок

Требуется рассчитать конструкции здания, при его привязке к площадке строительства.

Согласно СНиП II-7-81* (Строительство в сейсмических районах) в разделе Общее сейсмическое районирование территории Российской Федерации ОСР-97” (Список населенных пунктов) по карте ОСР-97-В-5% сейсмичность района ст. составляет 8 баллов (Карта В - объекты повышенной ответственности и особо ответственные объекты. Решение о выборе карты при проектировании конкретного объекта принимается заказчиком по представлению генерального проектировщика, за исключением случаев, оговоренных в других нормативных документах).

Определение сейсмичности площадки строительства производим на основании сейсмического микрорайонирования для III категории групп по сейсмическим свойствам. Сейсмичность площадки строительства при сейсмичности района 8 баллов, составляет 9 баллов.

Рис.1- План здания



Рис.2-Поперечный разрез здания

2.1 Сбор нагрузок

Сбор нагрузок производим на 1 м² покрытия здания.

Сбор нагрузок производим в табличной форме и представлен в таблице 2.1.

Таблица 1- Нагрузка на 1м² покрытия

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, Н/м2	Коэффициент надёжности по нагрузке	Коэффициент сочетания	Вычисление	Расчётная нагрузка, Н/м2
снеговая	0,9	1,4	0,5	0,9*1,4*0,5*24*60	907,2
кровли	0,75	1,2	0,9	0,75*1,2*0,9*24*60	1166,4
профилированного настила	0,15	1,05	0,9	0,15*1,05*0,9*24*60	204,12
прогонов	0,1	1,05	0,9	0,1*1,05*0,9*24*60	136,08
утеплитель	0,1	1,2	0,9	24*60*0,1*1,2*0,9	155,52
конструкции покрытия	0,4	1,05	0,9	0,4*1,05*0,9*24*60	544,32
От участков стен выше верха колонн	2,65	1,1	0,9	2,65*1,1*0,9*2,1*(24+60)*2	925,57
От ? веса					4039,21
колонн	11,34	1,05	0,9	0,25*11,34*1,05*0,9*22	58,93
фахверковых стоек	9,4	1,05	0,9	0,25*0,4*1,05*0,9*6	0,58
связей между колоннами	0,04	1,05	0,9	0,25*0,04*24*60*1,05*0,9	13,61
Участков стен расположенных в пределах высоты колонн	2,65	1,1	0,9	0,25*(2,65*(1,8+0,8)*(24+60)*2+2,4*24*2*2,65+2,4*60*2*0,35)*0,9*1,1	790,26
Итого					4903,32

2.2 Расчет каркаса в поперечном направлении

Для определения периода собственных колебаний и форм колебаний необходимо вычислить динамические характеристики одноэтажной рамы поперечника здания.

Предварительно принимаем сечение колонны исходя из гибкости

гибкость двутавра N50

гибкость двутавра N40

Принимаем колонны сечением: i=20,3 см, А =143см², Двутавр: . Жесткость одной колонны:

Жесткость сечения самонесущей стены (или ее элемента) определяется без учета трещин и принимается равной 0,8E₀I_c,

Перемещение колонн:

Жесткость каркаса здания:

Жесткость рамы здания:

Рис.3-Продольный разрез здания со стальным каркасом и его расчетная схема

Определим вертикальную нагрузку от собственного веса конструкций и снега.

Q = 4903 кН. Вертикальную нагрузку принимаем сосредоточенной в уровне верха колонн. Определяем период собственных колебаний каркаса:

Определяем коэффициент динамичности для каркаса здания:

Для грунтов III категории т.к при

Устанавливаем следующие значения:

Каркасные здания, стеновое заполнение которых оказывает влияния на их деформативность

Определяем расчетные величины сейсмических нагрузок, действующих на поперечные рамы каркаса:

- значение сейсмической нагрузки для i-го тона собственных колебаний здания или сооружения, определяемое в предположении упругого деформирования конструкций по формуле:

а) в уровне верха колонн рамы, с учётом коэффициента 1,2 :

тогда расчётная сейсмическая нагрузка равна:

При сейсмичности площадки 8 баллов и более при грунтах III категории к значению S_ik вводится множитель 0,7, учитывающий нелинейное деформирование грунтов при сейсмических воздействиях.( СНиП II-7)

При совместной работе каркаса сейсмическая нагрузка на раму равна :

При отдельной работе каждой нагрузка равна:

.

Так как мы рассматриваем отдельную раму, то коэффициент :

б) по длине колонны - от собственного веса колонны, с учётом коэффициента 1,2 :

в) по длине крайних колонн - от участков продольных стен, расположенных в пределах высоты колонн, с учётом коэффициента 1,2 :

на рамы по оси 1 и 11:

на рамы по оси 2 - 10 :

г) в уровне расположения опорных консолей навесных участков торцевой стены, от собственного веса участка торцевой стены:

опорные консоли на отметке 1,2 м:

опорные консоли на отметке 3,6 м:

3. Расчет каркаса в продольном направлении

Определим жесткость связевых панелей на уровне верха колонн без учета продольных деформаций колонн и распорок (в запас прочности):

Для определения периода собственных колебаний и форм колебаний необходимо вычислить динамические характеристики одноэтажной рамы поперечника здания. Принимаем колонны сечением: Двутавр: ; Определяем перемещение колонн от действия единичных горизонтальных сил, приложенных в уровне верха колонн.

Жесткость одной колонны:

Жесткость сечения самонесущей стены (или ее элемента) определяется без учета трещин и принимается равной 0,8E₀I_c:

Перемещение отдельной колонны:

Жесткость каркаса здания на уровне верха колонн C определяется по формуле п - число колонн (или рам) в каркасе здания (отсека);

д_kk - перемещение отдельной колонны (или рамы) на уровне ее верха от действия горизонтальной единичной силы, приложенной в том же уровне.

Жесткость каркаса здания:

Определим вертикальную нагрузку от собственного веса конструкций и снега. Q = 4903 кН.. Вертикальную нагрузку принимаем сосредоточенной в уровне верха колонн.

На одну раму приходится нагрузка :

Определяем период собственных колебаний каркаса в поперечном направлении здания:

Определяем коэффициент динамичности для каркаса здания:

в - коэффициент динамичности, соответствующий i-му тону собственных колебаний здания или сооружения, принимаемый согласно п. 2.6 : Для грунтов II категории по сейсмическим свойствам

При 0,1е<Т<0,4е ;

а) в уровне верха колонн рамы, с учётом коэффициента 1,2 :

тогда расчётная сейсмическая нагрузка равна:

При сейсмичности площадки 8 баллов и более при грунтах III категории к значению S_ik вводится множитель 0,7, учитывающий нелинейное деформирование грунтов при сейсмических воздействиях.( СНиП II-7-81 Строительство в сейсмических районах. М., 2000)

Так как мы рассматриваем отдельную раму, то коэффициент :

б) по длине колонны - от собственного веса колонны, с учётом коэффициента 1,2 :

4. Определение сейсмических нагрузок с учетом кручения здания в плане

Рис.4-Поворот здания в плане

1- Центр масс;

2 - Центр жесткостей.

Значение расчетного эксцентриситета между центрами жесткостей и веса здания принимаем равным 0,1В, где В- размер здания в плане в направлении, перпендикулярном действию силы При расчете здания в поперечном направлении В=60м; =0,1•60=6 м; Вычислим угловую жесткость здания:

Определим полную сейсмическую нагрузку на раму каркаса с учетом поворота здания в плане:

рама по оси 1

рама по оси 2

рама по оси 3

рама по оси 4

рама по оси 5

рама по оси 6

рама по оси 7

рама по оси 8

рама по оси 9

рама по оси 10

5. Антисейсмические мероприятия

В целях обеспечения пространственной жесткости каркаса, устойчивости покрытия в целом и его элементов в отдельности необходимо предусматривать систему связей между несущими стальными конструкциями покрытий (ферм) в плоскости их верхних и нижних поясов и в вертикальных плоскостях.

Горизонтальные антисейсмические швы в стенах должны устраиваться на уровнях расположения опорных и стыковых ригелей каркаса стен и верха цокольной части стен.

Вертикальные антисейсмические швы в местах пересечения стен осуществляют путём изготовления специальных Г-образных трехслойных панелей, в которых в месте антисейсмического шва из металлических облицовочных листов выполняются компенсатор, а жесткий утеплитель заменяется на эластичный.

В зданиях со стальным каркасом с высотами большими, чем предусмотрено унифицированными габаритными схемами, сопряжения колонн с ригелями покрытия рекомендуется выполнять в виде жестких рамных узлов с целью ограничения деформаций от сейсмических нагрузок. В продольном направлении каркасы могут проектироваться по той же конструктивной схеме, как и в поперечном направлении или по схеме с установкой стальных связей между стойками

В целях обеспечения пространственной жесткости каркаса, а также устойчивости покрытия в целом и его элементов в отдельности необходимо предусматривать систему связей между несущими стальными конструкциями покрытия (фермами) в плоскости их верхних и нижних поясов и в вертикальных плоскостях.

В покрытиях из стального профилированного настила система связей в плоскости верхних поясов стропильных стальных ферм состоит из поперечных связевых ферм и распорок, роль которых выполняют прогоны. Связевые поперечные фермы устанавливаются в двух крайних (у торцов и антисейсмических швов здания). Независимо от расчета в зданиях (отсеках) со стропильными фермами с параллельными поясами с расчетной сейсмичностью 8 и 9 баллов длиной свыше 60 м и 7 баллов длиной свыше 96 м следует устанавливать не менее одной промежуточной связевой фермы, а в зданиях (отсеках) со стропильными фермами треугольного очертания с расчетной сейсмичностью 9 баллов длиной 60 м и более рекомендуется устанавливать не менее одной промежуточной связевой фермы.

Промежуточные связевые фермы должны располагаться по длине здания (отсека) равномерно

Список литературы

1. СНКК 22-301-2000. “Строительство в сейсмических районах Краснодарского края”

2. СНКК 20-303-2002. “Нагрузки и воздействия. Ветровая и снеговая нагрузки. Краснодарский край”

3. СНиП 2.01.07-85*. “Нагрузки и воздействия” Госстрой М., 1985.

4. СНКК 23-302-2000. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. Нормативы по теплозащите зданий. Краснодарский край

5. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. М., 1982.

6. СНиП II-7-81*. Строительство в сейсмических районах. М., 2000.